TEIL C

Vertikalachsen-Rotoren

Antriebs-Varianten (II)

Es gibt aber auch noch viele andere Versuche, einen funktionsfähigen Cyclogyro zu bauen.

Im Jahr 1924, nicht lange nach der Patentanmeldung durch Caldwell, erhält der schwedische Ingenieur C. B. Strandgren das Patent für ein vertikal startendes Flugzeug, um anschließend in Frankreich 9 Jahre lang Experimente mit Modellen durchzuführen, u.a. in einem aerodynamischen Labor in Saint-Cyr.

1933 startet er zusammen mit der Firma Lioré & Olivier mit dem Bau eines Cyclogyro in voller Größe, dessen Tests 1934 beginnen.

Die 6 m durchmessenden Rotoren haben jeweils fünf Duraluminium-Blätter von 245 cm Länge und 5 kg Gewicht, werden von einem 130 PS Clerget-Motor angetrieben, und sollen bei 120 U/m eine Hubkraft von 800 kg entwickeln, was das Flugzeug mit seinem Gesamtgewicht ca. 600 kg eigentlich leicht in Luft heben sollte.

Dies klappt jedoch nicht, noch nicht einmal mit der maximalen Drehzahl von 180 U/m. Dafür kommt das Konzept - leider nur als Grafik - auf die Titelseite des Magazins Science and Mechanics vom Januar 1934.

Im Jahre 1926 wird von dem Österreicher Bruno Nagler ein Patent für ein Cyclogyro-Flugzeug mit zwei 4-Blatt-Zycloidalpropellern an den Seiten eingereicht (möglicherweise GB-Nr. 280849), es gibt aber keine Informationen darüber, ob Nagler dieses Fahrzeug auch tatsächlich gebaut hat. Ab 1935 entwickelt der Erfinder zusammen mit Franz Rolz ultraleichte Hubschrauber, später dann auch größere Modelle. Über seinen Cyclogyro ist dagegen nichts mehr zu finden.

San Francisco wird um 1930 herum von einem E. A. Schroeder ein Cyclogyro-Flugzeug S-1 mit einem Zykloidalpropeller gebaut, welcher sowohl Schub als auch Auftrieb erzeugen soll; im gleichen Jahr ist ein namentlich leider nicht bekannter Erfinder in Chikago aktiv, der ein Schwungrad in sein Cyclogyro einbauen will, das genügend Energie für Notlandungen speichert; und 1932 führt ein Joseph Sabath aus Philadelphia Experimente mit der Cycloidal-Technik durch.

Erfolgreiche Flugversuche sind aber in keinem der genannten Fälle dokumentiert.

Im Jahr 1933 veröffentlicht John B. Wheatley vom Langley Memorial Aeronautical Laboratory in Washington eine vereinfachte aerodynamische Theorie der Cyclogyro-Technologie, bei der er auch einige Beispiele durchrechnet. Die wichtigsten Schlußfolgerungen sind, daß ein Cyclogyro grundsätzlich flugfähig ist, und daß Schwebeflug, Steigflug und eine vernünftige Fahrgeschwindigkeit ohne übermäßigen Aufwand an Energie erreicht werden können. Außerdem erlaubt die Autorotation einen gleitenden Abstieg.

Gemeinsam mit Ray Windler werden 1935 im 20-Fuß-Windkanal des National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) Tests an einem Cyclogyro-Rotor mit 4 Blättern und einem Durchmesser von 2,4 m bei einer Breite von ebenfalls 2,4 m durchgeführt. Die Ergebnisse bestätigen die Annahmen und Vorhersagen Wheatleys, zeigen aber auch, daß die mögliche Leistung des Cyclogyro bei höheren Lasten sehr schlecht ist, und daß sich der Profil-Luftwiderstandsbeiwert der Cyclogyro-Rotorblätter mit zunehmender Schnellaufzahl schnell erhöht und möglicherweise von den Blattschwingungen beeinflußt wird. Weitere Forschungen werden als notwendig erachtet.

Die NACA wird übrigens Anfang Oktober 1958 aufgelöst und in die neu geschaffene National Aeronautics and Space Administration (NASA) übernommen.

Ebenfalls 1933 entwickelt der deutsche Erfinder und Flugzeugkonstrukteur Adolf Karl Rohrbach eine volle VTOL-Cyclogyro-Version. Die schmalen Drehflügel-Blätter seines Schaufelrad-Flugzeugs verändern bei jeder Umdrehung ihren Anstellwinkel, womit sie – zumindest in der Theorie – jede Kombination von horizontalen und vertikalen Kräften produzieren können.

Die Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt (DVL) bewertet Rohrbachs Konstruktion als zuverlässig, und im Jahr 1934 ist die Maschine mit einer Länge von 8,6 m, einer Höhe von 4,3 m, und einer Spannweite von 10 m im Bau. Die Rotoren haben einen Durchmesser von 3,6 m, und die Blattlänge der drei Blätter beträgt 4,4 m. Als Maximaldrehzahl werden 420 U/m angegeben. Mit einem Leergewicht von 680 kg soll das Flogzeug eine 270 kg betragende, Nutzlast transportieren, mit einer Maximalgeschwindigkeit von 200 km/h, während als Reisegeschwindigkeit 170 km/h genannt werden.

Weitere Spezifikationen, die es bei Flugzeugen sonst so nicht gibt, sind die Minimalgeschwindigkeit von 0 km/h, sowie die maximale Geschwindigkeit beim Rückwärtsflug von 30 km/h.

Einige Quellen berichten, daß die ausländischen Luftfahrtzeitschriften jener Zeit Zweifel an der Solidität des Design äußern, weshalb die Weiterfinanzierung des Projekts nicht zustande kommt. Auch ein späterer Vorschlag, den VTOL-Cyclogyro als Transportflugzeug der Luftwaffe einzusetzen, stößt auf keine Resonanz. Es gibt jedenfalls keine Beweise dafür, daß dieser Entwurf jemals fertiggebaut wurde, geschweige denn geflogen ist.

Basierend auf den Forschungen Rohrbachs entwickelt 1933 in den USA Haviland Hull Platt aus New York seinen eigenen, unabhängigen Cyclogyro, der am MIT umfangreichen Windkanaltests unterzogen worden sein soll. Belege, daß das Platt-Flugzeug gebaut wurde, gibt es nicht. Platt entwickelt später verschiedene Hubschrauber und meldet im Laufe der Jahre Dutzende Patente an, die sich bis weit in die 1960er erstrecken (z.B. US-Nr. 2.356.692, beantragt 1941, erteilt 1944).

Ein weiteres frühes Beispiel ist das Drehflügel-Flugzeug der in Brooklyn, New York, beheimateten Rahn Aircraft Corp. aus dem Jahr 1935, das anstatt eines Mehrschaufelrades zwei wesentlich größere Profilsehnen-Flügel nutzt, die von einem 240 PS Kompressor Wright-Whirlwind-Motor angetrieben werden. Anderen Quellen zufolge hätte die Firma den Namen Rahn Miller Aircraft getragen. Bislang konnte ich weder das eine, noch das andere verifizieren.

Der Erfinder Wilhelm (William) Rahn aus New York hatte schon 1929 das Patent für ein entsprechendes Luftfahrtzeug beantragt (US-Nr. 1.894.057, erteilt 1933). Über seine Person ist sonst nichts zu finden.

Das nun in Zusammenarbeit mit Gus Miller gebaute Einsitzer-Experimentalflugzeug ist nur 4,5 m lang, und trägt auf jeder Seite einen rotierenden Flügel von jeweils 1,8 m Breite. Diese erlauben dem Flugzeug theoretisch, vertikal zu steigen oder zu landen, und ohne die Hilfe eines normalen Propellers mit bis zu 160 km/h vorwärts zu fliegen (andere Quellen: bis 215 km/h).

Die NACA führt 1935 eine Reihe von Windkanalexperimenten durch, muß jedoch feststellen, daß die erforderliche Leistung, um die Drehflügel in Rotation zu halten, viel höher ist als berechnet – und damit auch nicht praktikabel.

Auch in diesem Fall gibt es keine Belege dafür, daß dieses Flugzeug jemals abgehoben hat, selbst wenn in der Ausgabe vom März 1933 des Magazins Modern Mechanix von erfolgreichen Tests berichtet wird, die in New York stattgefunden haben sollen. Das Experiment gilt jedenfalls als beendet.

In der Ausgabe vom Oktober 1935 desselben Magazins wird ein flügelloses Flugzeug von Bemus Johnston aus Pittsburgh vorgestellt, das im Grunde ideal wäre, um in eine Garage zu passen.

Anstelle der Flügel besitzt es eine Reihe von schmalen Tragflächen, die auf einem Endlosband in der Mitte des Rumpfes befestigt sind.

Sobald sich das Band in Bewegung setzt und die profilierten Blätter in ihren schnellen Kreislauf versetzt, soll das Flugzeug abheben.

Nachdem ein erster Versuch im September 1935 auf dem Monessen-Flughafen außerhalb von Belle Vernon nicht erfolgreich ist, erfolgt Anfang Oktober ein zweiter Versuch, abzuheben. Diesmal versucht – am gleichen Ort – der Pilot Carl Lange zu starten, nach er die Motoren hat warmlaufen lassen.

Kaum eingestiegen, lösen die Vibrationen den Vergaser des zweiten Motors und schicken eine Schwingung durch eine der Zellen, wobei ein Drehzahlmesser-Kabel und zwei Ölleitungen zerreißen. Daraufhin stürzen sich die rund 200 anwesenden Zuschauer auf das beschädigte Flugzeug – und im Nu die die gebrochene Zelle von den Souvenirjägern in Fetzen gerissen.

ls Johnston Ende des Monats einen dritten Versuch wagt, setzen Funken von einem Schweißbrenner an der Unterseite des flügellosen Gefährts selbiges in Brand, wodurch es vollständig zerstört wird und die Pläne des Erfinders mit sich in Rauch aufgehen läßt.

Nur ein Jahr später, im September 1936, wird von einem weiteren, in Deutschland erfolgten Versuch berichtet, ein Flugzeug mit rotierenden Flügeln in die Luft zu bringen.

Und auch diesmal erfolgt die Meldung im Magazin Modern Mechanix (während sich im gesamten heutigen deutschsprachigen Netz nicht das Geringste über diese vielen Ansätze finden läßt, was sich kaum mehr als Zufall erklären läßt...).

Im Gegensatz zu den bisherigen Modellen versucht der Erfinder, ein Ingenieur R. Thebie aus Chemnitz, über den sonst leider nichts zu finden ist, das ,Paddel-Prinzip’ an eine ansonsten normale Tragfläche anzupassen.

Die daraus enstehende Besonderheit äußerst sich in Paddeln aus einem flexiblen Material, die unterhalb der Flügeloberfläche rotieren – und sich während der oberen Hälfte ihres Kreislaufs in die konkave untere Fläche des Flügels einfalten, wie auf dem kleineren Bildausschnitt des ansonsten recht weit ausgearbeiteten Designs zu erkennen ist. Damit wird die natürliche Kompression der Luft eines im Flug befindlichen Flügels unterstützt. Sobald die Paddel wieder aus dem Flügel hervortreten, üben sie eine Hebekraft aus. Im Zuge der weiteren Drehung wird daraus eine Antriebskraft.

Thebies Konzept sieht vor, für praktische Zwecke einen Hilfspropeller zu installieren, sollte sich der Vortrieb als unzureichend erweisen, sowie für andere Situationen, in denen eine außergewöhnliche Leistung benötigt wird.

George William Walton aus London erhält 1938 das Patent über Verbesserungen in Flugzeugen des Cyclogyro-Typs (GB-Nr. 480750-A, beantragt 1936).

Nach dieser fast schon eruptiven Zeit der 1930er Jahre wird es in den darauf folgenden Dekaden merklich ruhiger. Weitere Entwicklungsschritte lassen sich erst wieder in den späten 1960er Jahren nachweisen.

Anfang 1966, kurz nach der Einreichung des entsprechenden Patents (bislang nicht verifiziert), stellt der in Lollar bei Gießen ansässige Gynäkologe, Erfinder und Fabrikant von Kunststoff-Booten Dr. Reinhold Kaletsch, ein neuartiges Rotor-Prinzip vor, das allen herkömmlichen Flugzeugtypen an Sicherheit und Wirtschaftlichkeit überlegen sein soll.

Kaletsch, der schon zuvor 17 Patente sein eigen nennt, führt nun sein erstes, bis dahin geheimgehaltenes Klein-Modell eines Rotorflüglers mit silberbronzierten Balsaholz-Rumpf vor, das mittels Preßluftdüsen in Drehung versetzt schon bei geringer Rotor-Drehzahl sanft vom Startbock in die Höhe steigt.

Außer dem Rumpf und den seitlich am Rumpf angesetzten Düsentriebwerken erinnert an seinem Konzept nichts mehr an die Form herkömmlicher Flugzeuge, da das auf einem 5 m hohen, teleskopartig ausgefahrenen Fahrwerk ruhende Vehikel keine Tragflügel mehr hat.

Statt dessen recken sich am vorderen Drittel des Rumpfes sternförmig drei Tragarme nach außen, an deren Ende jeweils ein Stück Tragfläche in Form einer schildförmig gewölbten, nach vorn und hinten zugespitzten Ellipse, angebracht ist. Eine verkleinerte Version wiederholt sich am Rumpfheck.

Zum Start versetzen an den Tragarmen angebrachte Schubdüsen die drei Tragflügel in kreisende Bewegung, deren Anstellwinkel so gesteuert wird, daß er in jeder Phase den größtmöglichen Auftrieb liefert – wodurch das Flugzeug senkrecht vom Startplatz abhebt.

Gleichzeitig geht es mit Hilfe seiner Düsentriebwerke in den Vorwärtsflug mit wachsender Geschwindigkeit über, wobei die Flugpaddel aufhören, sich zu drehen, sobald der VTOL-Flieger sein Reisetempo erreicht hat.

Obwohl Experten der Technischen Universität Berlin keinen Grund sehen, weswegen diese Erfindung nicht realisierbar sein sollte, und sogar der ,Spiegel, wohlwollend über die Erfindung berichtet, findet Kaletsch niemand, der sich der Verwirklichung seines Projektes beteiligen will. 1980 zieht er nach Kanada, wo er im April 1996 verstirbt.

Im Jahr 1972 verwendet die NASA ein Exemplar des mit zwei Turboproptriebwerken ausgerüsteten zweisitzigen Flugzeugs vom Modell North American Rockwell OV-10 Bronco, um verschiedene Hochauftriebssysteme zu testen.

Unter diesen befindet sich auch ein 1961 von Prof. Alberto Alvarez Calderon von der Universidad Nacional de Ingeniería in Lima vorgeschlagenes Konzept rotierender Zylinderklappen, welche die Leistung bei niedriger Geschwindigkeit drastisch erhöhen sollen. Dieses Konzept beinhaltet einen großen, hydraulisch in Drehung versetzten Zylinder an der Vorderkante einer Fowler-Klappe. In den Quellen sind Spuren zu finden, die darauf hindeuten, daß um 1963 herum gemeinsam mit der peruanischen Luftwaffe entsprechende Versuche durchgeführt worden sind.

Calderons Drehzylinder-Konzept ist ein System zur Kontrolle der Grenzschicht. Bei dem nun modifizierten YOV-10A Prototyp [N718NA] sind in die Vorderkante einer Fowler-Klappe vier Zylinder-Segmente mit einem Durchmesser von 30 cm integriert, an deren Enden Scheiben sitzen.  Im Flug rotieren die Zylinder mit 7.500 U/m, wofür eine Gesamtleistung von ca. 30 PS benötigt wird.

Es werden insgesamt 34 Flüge durchgeführt und beschrieben. Das Flugzeug ist dabei 47 kn schnell, zeigt in der Nähe von 30 kn aber eine Richtungsinstabilität, die durch kleine Änderungen verbessert werden kann. Die Versuche zeigen einerseits die Wirksamkeit eines solchen Hochauftriebssystems, auf der anderen Seite aber auch die Schwäche in den Handhabungseigenschaften aufgrund der entstehenden Kreiselkräfte.

Im Jahr 1976 reicht Marcel Chabonat aus Versailles das Patent für eine Art von Cyclorotor mit zwei Blättern ein, den er als Antriebs-Hubrotor bezeichnet (FR-Nr. 76.39820; vgl. US-Nr. 4.210.299, erteilt 1980).

Thomas H. Sharpe meldet 1977 das Patent für ein Flugzeug an, dessen Cyclogyro-Rotoren mit kleinem Radius in Gehäusen stecken, welche in den Flügeln eingelassen sind, und wie gewöhnliche Propeller eingesetzt werden (US-Nr. 4.194.707, erteilt 1980).

Die Anstellwinkel werden durch einen vereinfachten exzentrischen Mechanismus gesteuert. Im Horizontalflug werden die Rotoren vom Motor der Maschine getrennt, und der Horizontalschub wird durch einen üblichen Druckropeller geliefert.

In einer zweiten Version konzipiert Sharpe sogar ein Hochgeschwindigkeits-Flugzeug mit Turbojet-Motoren. Umgesetzt wird jedoch nichts davon.

Arthur ,Rob’ G. Crimmins Jr. aus Bozman, Maryland, meldet 1980 das Patent für ein Cyclorotor-Verbundflugzeug an, dessen Hauptzweck der Einsatz als fliegender Kran ist (US-Nr. 4.482.110, erteilt 1984).

Das Unternehmen International Cyclo-Crane Licensing in King Of Prussia, Philadelphia, hatte das Drehflügelluftschiff interessanterweise schon 1979 in Deutschland angemeldet (DE-Nr. 2922059, erteilt 1986, wegen Nichtzahlung erloschen 1992), basierend auf einer zwischenzeitlich aufgegebenen Priorität von 1978 (US-Anmeldung Nr. 910.186).

Aus der Abbildung wird ersichtlich, daß der Flugkörper eine Kombination aus einem klassischen Luftschiff und einem ebenfalls klassischen Cyclogyro-Antrieb darstellt, bei der das Gewicht durch den Auftrieb eines mit Helium gefüllten Ballons getragen wird, während der Vortrieb durch eine Schubeinrichtung mit Cyclogyro-Flügeln geliefert wird, die auch die Rolle der Propellerblätter spielen.

Mit der Finanzierung durch fünf große kanadische Holzunternehmen gründet Crimmins im Jahr 1980 die Firma AeroLift Inc., mit Sitz in Tillamook, Oregon, da als erstes Einsatzgebiet des Luftkrans das Heben von schwerem, geschlagenem Holz in entfernten Standorten ins Auge gefaßt ist. Als Machbarkeitsnachweis werden nach einem Kleinmodell auch zwei Versionen in unterschiedlicher Größe, aber mit dem gleichen Layout gebaut.

Das Luftfahrzeug enthält entlang seiner langen Achse eine drehbare, starre Innenachse, auf deren halber Länge zwei, sich  im rechten Winkel kreuzende, drehbare Masten montiert sind. Diese sind durch die Hülle geführt und tragen an ihren Enden vier schmale Flügel mit einem symmetrischen Tragflügelprofil. Drehen tut sich der gesamte Verbund, inklusive des tragenden Blimps.

Die erste Version des CycloCrane ist 42 m lang, hat vier Kolbenmotoren als Antrieb, und einen großen Siabilisierungsschwanz in Form eines umgekehrten Y. Sie wird 1982 fertiggestellt, jedoch schon im Oktober bei einem Sturm zerstört, während sie an ihrem Haltemast verankert ist. 1984 wird der CycloCrane mit einer Länge von 54,25 m wieder neu aufgebaut, diesmal ist er mit einem fast kreisförmigen, verspannten Schwanz ausgestattet. Der Blimp selbst ist 41,45 m lang und hat einen Durchmesser von 20,73 m. Um Gewicht zu sparen wird diese Version nur zwei 150 PS Motoren ausgestattet, was jedoch zu einer Untermotorisierung führt, insbesondere beim Heben.

Nach mehreren unbemannten Flügen im August 1984, wird im Oktober der erste bemannte Flug durchgeführt, der allerdings auch nicht ohne Probleme abgeht. Bis Mitte 1985 werden im Rahmen eines 830.000 $ schweren Vertrages mit dem US Forest Service insgesamt sieben Stunden Flugzeit absolviert, doch die schwache Motorleistung begrenzt die Drehzahl des Cyclogyro-Rotors auf 10 U/m, statt der vorgesehenen 13 U/m, sodaß das Fluggerät in seinen Bewegungen weniger wendig, und auch nur in der Lage ist, Lasten von etwa der Hälfte der eigentlich geplanten 2 Tonnen zu heben.

Was weiter aus dem Luftschiff wird, das bis zu diesem Zeitpunkt rund 7 Mio. $ gekostet hat, habe ich noch nicht herausfinden können.

Zwar erhält die Firma in den späten 1980er Jahren mehrere militärische Aufträge, um die Idee des CycoCrane über Wasser zu halten, insbesondere 1988 von der DARPA. Hierbei soll mit einem ca. 11 m langen Modell der Machbarkeitsnachweis für die militärische Eignung vorgelegt werden.

Als die Finanzierung durch das Verteidigungsministerium jedoch im Jahr 1990 endet, stellt die Firma AeroLift ihre Arbeit endgültig ein.

Das Konzept eines weiteren Cyclogyro-Flugzeugs, das mit zwei Rotoren an jeder Seite bestückt ist, wird 1990 von Pierre Servanty patentiert (US-Nr. 5.100.080, erteilt 1992).

Als nächstes folgt ein Schaufelrad-Drehflügler mit vertikaler Start- und Landefähigkeit, den Heinz A. Gerhardt aus Redondo Beach, Kalifornien, erfindet, und der 1992 von der Luftfahrt-Firma Northrop Corp. angemeldet wird (US-Nr. 5.265.827, erteilt 1993).

Laut Beschreibung wird der Längsausgleich bei diesem Turbinen-Flugzeug entweder durch vertikale Propeller auf einem vertikalen Stabilisator, oder durch ein zweites Paar Cyclogyro-Rotoren erzielt.

Erstmals wird auch von einer computergesteuerten Kontrolle der Anstellwinkel der einzelnen Schaufeln gesprochen, um eine optimale Leistung des jeweiligen Blattes in allen Flugsituationen zu erreichen.

Gerhardt, der noch diverse andere Flugpatente hält, geht davon aus, daß seine Maschine so groß wie eine Boeing 747 und bis zu 480 km/h schnell sein kann.

Das nächste Patent über ein Fluggerät für vertikale Starts und Landungen stammt von Michail Tsepenyuk aus Brooklyn, New York (US-Nr. 6.007.021, eingereicht 1997, erteilt 1999).

Hier liegt die Besonderheit beim Einsatz von drei ineinander rotierenden Kränzen aus Blättern, die in Längsrichtung an der Rumpfseite montiert sind.

 

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